上橋抽水站3號機組運行異常原因分析與處理

曹 旭

(安徽省茨淮新河工程管理局，安徽 懷遠 233400)

1 概 述

上橋抽水站是安徽省茨淮新河上橋樞紐的1座大型泵站。泵站設(shè)計流量120 m3/s，轉(zhuǎn)速為150 r/min，安裝了6臺全調(diào)節(jié)立式軸流泵(2800ZLQ24—4.7)，配套6臺同步電機(TDL325/36—40)，單機功率1 600 kW。3號機組于2013年進行了第一次機組大修后已運行7 a。在2020年6月的一次開機運行中，值班人員巡視發(fā)現(xiàn)3號機組法蘭盤處擺度異常，用百分表測量擺度后，數(shù)值達到0.55 mm，已超出規(guī)范允許的范圍；且還發(fā)現(xiàn)存在水泵振動大、泵殼異響以及上、下導(dǎo)軸瓦溫度較快上升的情況，存在嚴(yán)重的安全隱患。

2 原因初步分析

水泵水導(dǎo)處的導(dǎo)軸承采用水潤滑軸承(即以水作為摩擦介質(zhì)的軸承)，由橡膠軸瓦與鑄鋼軸瓦襯用螺栓緊固組成。橡膠軸瓦采用優(yōu)質(zhì)聚氨基甲酸酯橡膠，具有性能穩(wěn)定、耐磨性能好等特點。橡膠軸瓦為分塊結(jié)構(gòu)，開有8條豎向具有散熱功能的水道槽。在機組正常運行時，冷卻水在橡膠軸瓦與泵軸軸頸之間形成楔形水膜，使兩者不發(fā)生直接接觸摩擦；當(dāng)水中含有的固體顆粒落入橡膠軸瓦與軸頸之間，隨著軸頸的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑵錆L推到最近的水道槽中，被冷卻水沖走。如果冷卻水供應(yīng)減少或者中斷，落入橡膠軸瓦與軸頸之間的固體顆粒將難以被沖走，將會對兩者都產(chǎn)生干摩擦，使橡膠軸瓦燒壞，水泵軸磨損嚴(yán)重，從而造成擺度增大，機組振動加大。

泵殼是由鑄鋼內(nèi)球面部分車削后，鑲焊小塊材質(zhì)為1Cr18Ni9Ti的不銹鋼襯，并重新加工的。由于不銹鋼比鑄鋼的熱膨脹系數(shù)大，如果焊接后沒有進行很好的消除應(yīng)力處理，在機組運行中受到溫度變化、振動等因素的影響時，可能會導(dǎo)致不銹鋼襯變形，嚴(yán)重的還會導(dǎo)致脫焊的發(fā)生。由于泵殼內(nèi)球面和葉片外球之間的間隙僅為2.8～4.2 mm(葉輪直徑的1/1 000～1.5/1 000)，當(dāng)不銹鋼襯發(fā)生變形、脫焊，間隙更小，過流速度快，更易產(chǎn)生氣蝕，增大機組振動。

本站機組葉片的調(diào)節(jié)是通過安裝在電機頂部的調(diào)節(jié)電機來帶動擺線針輪，并經(jīng)過減速器減速以后，帶動螺紋副絲桿一起轉(zhuǎn)動。由于絲桿軸向是固定的，因此調(diào)節(jié)螺母在進行軸向運動時，便會帶動調(diào)節(jié)軸以及軸承箱一起做向上或者向下的移動，使與之相連接的調(diào)節(jié)桿隨之一起做軸向運動，從而帶動葉片調(diào)節(jié)桿軸向運動。葉片調(diào)節(jié)桿在進行軸向運動時，會使與葉片相聯(lián)接的轉(zhuǎn)臂發(fā)生旋轉(zhuǎn)，便可以調(diào)節(jié)葉片角度。當(dāng)操作架與調(diào)節(jié)軸螺母之間產(chǎn)生松動，便會形成一定的間隙，在機組運行時，隨著流態(tài)的變化，造成螺母與操作架發(fā)生碰撞，從而產(chǎn)生振動響聲。

3 解體處理及存在問題

為了查找機組運行異常的原因并予以解決，須對機組解體處理。由于6月份正值汛期，開機任務(wù)較多，經(jīng)研究決定，解體處理于10月份進行。

機組解體后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致機組運行異常情況的原因與之前的初步判斷基本一致，存在的主要問題如下：

(1)流道中給橡膠軸瓦供冷卻水的水管被水流沖斷，導(dǎo)致冷卻水供應(yīng)中斷。

(2)水潤滑軸承的橡膠軸瓦已燒壞，上面的水道槽基本被磨完(見圖1)。

圖1 橡膠軸瓦磨損

(3)主軸軸頸磨損嚴(yán)重，其下部分磨損出多條溝痕，最深處超過2 mm(見圖2)。

圖2 泵軸軸頸溝痕

(4)泵殼內(nèi)球面上1塊面積約500 mm×150 mm的區(qū)域內(nèi)，鑲焊的不銹鋼襯出現(xiàn)脫焊，上面有明顯的磨損痕跡(見圖3)。

圖3 泵殼局部磨損

(5)葉片不同程度的出現(xiàn)了麻點、坑穴等氣蝕現(xiàn)象(見圖4)。

圖4 葉片氣蝕

(6)操作架與調(diào)節(jié)軸聯(lián)接處螺母松動，間隙達到6.5 mm(見圖5)。

圖5 葉輪內(nèi)部

4 問題處理

(1)采用DG32的無縫鋼管代替被水流沖斷的供水管，并與混凝土中預(yù)留的水管焊接；焊接處打磨處理后涂抹環(huán)氧樹脂，進入水箱與水導(dǎo)上導(dǎo)水錐處進行了加固處理。

(2)由于橡膠軸瓦磨損嚴(yán)重，已無法使用，返回制造廠后，用聚氨酯橡膠重新澆筑了橡膠軸瓦。在加工時考慮了聚氨酯橡膠特有的吸水膨脹性能，從而保證了橡膠軸瓦與泵軸軸頸之間的間隙在規(guī)定的范圍內(nèi)。

(3)主軸軸頸由于存在嚴(yán)重的磨損情況，返回制造廠進行了修復(fù)處理。在處理軸頸前，先檢查了泵軸同軸度，以防同軸度不符合要求。在磨損的軸頸部位車去原軸套后，堆焊新的軸套，并達到了加工精度不低于h7，表面粗糙度不大于Ra0.4 μm的要求。

(4)泵殼內(nèi)球面出現(xiàn)脫焊的部位，由于脫焊不是很嚴(yán)重，在對不銹鋼襯進行鉆孔后，先在鉆孔處使用不銹鋼焊條進行補焊，再對整個磨損區(qū)域補焊。補焊后按樣板進行人工打磨，使補焊區(qū)域同未脫焊的區(qū)域連成整體的光滑面。

(5)葉片氣蝕部位采用不銹鋼電焊條補焊處理。補焊前對氣蝕部位進行鏟削，補焊后對補焊層打磨處理。

(6)操作架與調(diào)節(jié)軸聯(lián)接處螺母松動，安裝時進行了緊固處理。

5 安裝質(zhì)量及試運行

在對機組存在的問題進行處理后，機組其他部位也進行了必要的維護工作，如泵軸涂漆防腐、推力軸瓦研刮以及上、下導(dǎo)油盆透平油更換等工作。由于水泵的安裝質(zhì)量將直接影響機組的安全運行，所以在安裝過程中，重點對軸線垂直度及擺度、定轉(zhuǎn)子磁極中心、空氣間隙、導(dǎo)軸瓦間隙、葉片間隙等進行質(zhì)量控制，確保了安裝質(zhì)量符合規(guī)范要求(見表1～表3)。

表1 軸線擺度測量記錄 0.01 mm

表2 導(dǎo)軸瓦間隙測量記錄 0.01 mm

表3 葉片間隙測量記錄 mm

安裝工作結(jié)束后，于12月7日進行了16 min的空載試運行，各項參數(shù)正常；12月9日進行了2 h的重載試運行，運行正常。

6 結(jié) 語

對于3號機組在運行中發(fā)現(xiàn)的異常情況，通過機組解體大修，查明了原因并予以解決。在處理這次異常情況時，也有一些情況值得我們在日常運行管理中予以重視，從而更好地保障機組的安全運行。

(1)機組運行中，值班人員要嚴(yán)格按照規(guī)定的時間進行巡視檢查，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，可以有效防止事故發(fā)生。

(2)泵站的冷卻水取自上游出水口，為了減少水的含沙量，在冷卻水管上安裝有過濾設(shè)備。過濾設(shè)備應(yīng)定期檢查、清理，否則，待其過濾能力飽和后，將有不少沙粒進入水潤滑軸承中，造成磨損破壞。

(3)理論和實踐都已經(jīng)證明氣蝕無法完全消除，所以只能采取措施減少氣蝕的影響。對于葉片，為了增加它的耐氣蝕能力，減少氣蝕的破壞，可以采用非金屬材料涂覆、合金粉末噴涂、激光熔覆技術(shù)等最新的技術(shù)手段。此外，合理的運行工況也可以減少氣蝕的擴大。夏季開機運行時，有時會隨著水流漂浮來大量的水草等雜物堵在攔污柵前，造成水位的跌落，導(dǎo)致水泵淹沒深度降低，增加了水泵發(fā)生氣蝕的可能，須及時用清污機或者挖掘機等設(shè)備進行清理。